Международный коллектив исследователей установил, что причиной вымирания мамонтов в Сибири стало прежде всего резкое изменение климата, а не человеческая деятельность. Исследователи Великобритании, Дании, Китая, Норвегии, США и России (Институт Наук о Земле СПбГУ) смогли восстановить облик тундростепи, в которой обитали мамонты.
Исследователи сумели нанести на карту распространение популяций мамонтов и других представителей мегафауны тундростепи. Они увидели, что со временем их популяции и генетическое разнообразие становилось все меньше и меньше — что делало выживание все более сложным. С окончанием плейстоцена около 12 тысяч лет назад и сопутствовавшим уходом ледников и образованием рек, озер и болот растительность сократилась в своем объеме, и ее стало недостаточно для поддержания прежнего уровня популяций. По мере потепления климата деревья и болотные растения заняли место прежних пастбищ мамонтов. «Мы показали, что изменения климата, в частности выпадения осадков, непосредственно привело к изменениям растительности. Согласно нашим моделям, люди не оказали никакого влияния на них [мамонтов]», — рассказал первый автор работы, научный сотрудник Кембриджского университета Ючен Ван.
Однако на исчезновение мамонтов повлияло не только само потепление климата. «Его скорость стала последним гвоздем в крышке гроба — они не смогли достаточно быстро приспособиться, когда ландшафт коренным образом преобразился и еды стало не хватать», — отметил руководитель научной группы, профессор Копенгагенского и Кембриджского университетов Эске Виллерслев.
Во время последнего ледниково-межледникового цикла арктические биоты испытали существенные климатические изменения, однако природа, степень и скорость их реакции до конца не изучены. Здесь мы сообщаем о крупномасштабном метагеномном исследовании ДНК окружающей среды древних сообществ растений и млекопитающих, в котором анализируется 535 образцов вечной мерзлоты и озерных отложений со всей Арктики за последние 50 тысяч лет. Кроме того, мы представляем 1541 современный набор геномов растений, которые были созданы в качестве эталонных последовательностей. Наше исследование позволяет получить представление о долгосрочной динамике арктической биоты в приполярном и региональном масштабах.
Основные результаты исследования:
(1) относительно однородная степно-тундровая флора доминировала в Арктике во время последнего ледникового максимума, за которым последовала региональная дивергенция растительности в эпоху голоцена;
(2) некоторые пасущиеся животные постоянно сосуществовали в пространстве и времени; (3) люди, по-видимому, были второстепенным фактором в распространении животных; (4) более высокие эффективные осадки, а также увеличение доли растений водно-болотных угодий отрицательно сказываются на разнообразии животных;
(5) сохранение степно-тундровой растительности на севере Сибири позволило позднее выживать нескольким ныне вымершим видам мегафауны, включая шерстистого мамонта до 3,9 ± 0,2 тысяч лет назад и шерстистого носорога до 9,8 ± 0,2 тыс. Лет назад;
(6) филогенетический анализ ДНК мамонта, окружающей среды, выявляет ранее не исследованную митохондриальную линию.
«Наши результаты ― говорится в сообщении, опубликованном в журнале Nature, ― подчеркивают силу древнего анализа метагеномики окружающей среды в улучшении понимания истории популяций и долгосрочной экологической динамики.
Изменения климата усиливаются в высоких широтах и оказывают заметное влияние на арктические экосистемы. Их воздействие на арктические сообщества растений и животных, а также на зависимые от них человеческие популяции, было бы особенно заметно во время чрезвычайно холодного и засушливого периода Последнего ледникового максимума (LGM) (26,5–19 тысяч лет назад), а затем во время быстрого потепления, предшествовавшего голоцену. Однако до конца не ясно, каковы были эти эффекты и как они проявились в Арктике. Эта динамика дополнительно осложнялась различиями в сроках и масштабах оледенения в разных регионах этого обширного и топографически сложного ландшафта. Предыдущие исследования, основанные на пыльце и макрофоссилиях растений, документально подтвердили существенные пространственно-временные вариации арктической растительности за последние 50 000 лет, но продолжают обсуждаться, как климатические изменения в этот период повлияли на растительные сообщества в различных регионах Арктики. , и как изменения климата и растительности могли повлиять на крупных млекопитающих (то есть на мегафауну). Остатки скелетов показывают, что несколько видов мегафауны, в том числе шерстистый мамонт ( Mammuthus primigenius ), шерстистый носорог ( Coelodonta antiquitatis ), степной бизон ( Bison priscus ) и лошадь ( Equus spp.), Были многочисленны в Арктике в эпоху плейстоцена, но считаются вымерли в региональном или глобальном масштабе к началу голоцена. Однако точное время вымирания мегафауны, а также то, сохранились ли некоторые из этих таксонов до голоцена и в какой степени, неясно. Точно так же вклад различных абиотических и биотических факторов в процесс исчезновения различных таксонов остается открытым вопросом.
Чтобы восполнить эти пробелы в знаниях, мы провели метагеномический анализ древней экологической ДНК (еДНК) растений и животных, извлеченной из отложений на участках, распределенных по большей части Арктики, за последние 50 тысяч лет. По сравнению с другими палеоэкологическими прокси (такими как пыльца и макрофоссилии), древняя эДНК предлагает явные преимущества, включая большее таксономическое разрешение по всему древу жизни и более высокую пространственную и временную точность, чем пыльца, поскольку эДНК в основном происходит от местного сообщества. Мы использовали метагеномный анализ, а не широко используемый подход метабаркодирования, потому что он позволяет секвенировать фрагменты ДНК из целых геномов без таксон-специфичных амплификаций, тем самым улучшая специфичность и чувствительность таксономической идентификации, а также облегчая аутентификацию эндогенной древней ДНК из современных загрязняющие вещества. Однако метагеномный анализ требует справочных данных в масштабе генома, которые ограничены для большинства регионов мира, включая Арктику. Таким образом, ключевым компонентом нашего исследования является создание значительного корпуса эталонных последовательностей растений».
Nature